大倾角煤层综放工作面底板破坏滑移机理研究

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大倾角煤层是指埋藏倾角为35°~55°的煤层。当煤层的倾角大于35°时,开采形成的围岩移动规律不同于35°以下煤层。煤层底板是一个受到各种地质作用损伤体,开采后又会受到机械破坏、矿山压力等相关采动影响的作用,因此有必要掌握其破坏滑移规律。论文综合运用数值模拟、现场观测、理论分析等手段,研究不同倾角煤层采动后工作面底板的应力分布、水平及垂直位移和塑性破坏特征,分析了底板采动后的力学行为特征随煤层倾角和放煤前后的变化规律,分析了不同推进距离对煤层底板产生的影响,根据实测支架的压力数据明确了底板不同位置在开采过程中引发的矿山压力通过支架对底板的综合作用,总结论述了影响底板破坏滑移的地质条件、开采扰动等相关因素,并根据大倾角煤层特有的赋存环境和开采工艺分析阐述其工作面底板的破坏滑移机理。研究表明:大倾角工作面放煤前后的底板的破坏区范围、位移程度以及位移范围相应增大,最大破坏深度出现在煤壁前方、采空区后方以及工作面的上下端头处,底板主体破坏区的深度随倾角增加相应减小,在倾向上,上端头处的破坏深度一般要大于下端头处的破坏深度,并且上下端头的破坏深度差随倾角增加而增大。运用分布载荷对半无限体作用建立底板数学-力学模型得出底板垂直应力呈拱形分布。数值模拟结果表明,垂直应力沿工作面走向,呈对称拱形,沿倾向呈非对称拱形,垂直位移也具有此二种拱形特征。而实测数据分析显示大倾角工作面上部支架压力要小于中部和下部的支架压力,而中、下部的支架压力近似相等。研究指出:大倾角综放工作面底板的破坏滑移是底板煤岩体破裂、松碎和运动的时空演化过程,受地质条件与采动因素的交叉影响和水、空气及瓦斯等环境条件的干扰。工作面底板的破坏滑移可分为表层充分破碎型、表层弧状破碎型、三角块状破坏型和方形块状破坏型等四种类型。本文对类似大倾角工作面底板的破坏滑移研究有一定的借鉴意义,对相关存在底板破坏滑移灾害的大倾角工作面的预防和治理有一定的指导意义。
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